Thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi dung dịch muối ăn

GIỚI THIỆU4.1 Yêu cầuThiết kế hệ thống cô đặc dung dịch nước muối loại liên tục ba nồi, buồng đốt trong, ống ngang ; nâng nồng độ chất khô hòa tan của dung dịch từ 8% lên 26% với lưu lượ

LỜI NÓI ĐẦU

Theo chương trình đào tạo ngành công nghệ thực phẩm, sinh viên sẽ thực hiệnniên luận kỹ thuật thực phẩm Việc thực hiện niên luận nhằm giúp sinh viên làm quenvới việc thiết kế một thiết bị chế biến và lựa chọn vật liệu thích hợp Đồng thời, niênluận này còn giúp sinh viên tổng hợp được kiến thức đã học ở các môn cơ sở

Được sự hướng dẫn của Thầy Văn Minh Nhựt, tôi đã thực hiện niên luận kỹ thuật

thực phẩm với đề tài:“Thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi dung dịch muối ăn”.

Xin chân thành cảm ơn Thầy Văn Minh Nhựt đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn vàtruyền đạt những kinh nhiệm quý báu để tôi hoàn thành đồ án này

Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong bộ môn Công nghệ thực phẩm đã tạođiều kiện cho tôi thực hiện đồ án này

Trong quá trình làm đồ án tôi không tránh khỏi những sai lầm, thiếu sót Vì vậykính mong sự đóng góp nhiệt tình của quý Thầy, Cô và các bạn sinh viên để đồ án nàyđược hoàn thiện thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày 22 tháng 6 năm 2010 Sinh viên thực hiện

Liêu Diệu An

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

MỤC LỤC ii

DANH SÁCH BẢNG iv

QUY ƯỚC KÝ HIỆU v

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 Yêu cầu 1

1.2 Tổng quan về muối ăn 1

1.3 Giới thiệu sơ lược về quá trình và thiết bị cô đặc 1

1.3.1 Giới thiệu chung về quá trình cô đặc 1

1.3.2 Phân loại 3

CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ CHÍNH 4

2.1 Cân bằng vật liệu 4

2.1.1 Lượng nước bốc hơi của cả hệ thống (hơi thứ ) 4

2.1.2 Lượng hơi thứ phân bố trong từng nồi 4

2.1.3 Tính nồng độ của dung dịch trong từng nồi 5

2.2 Cân bằng nhiệt lượng 6

2.2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi 6

2.2.2 Xác định tổng tổn thất nhiệt độ ΣΔ 7

2.2.3 Hiệu số nhiệt độ hữu ích Δt hi và nhiệt độ sôi dung dịch 9

2.2.4 Xác định nhiệt dung riêng dung dịch 10

2.2.5 Lượng hơi đốt và lượng hơi thứ mỗi nồi 10

2.2.6 Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi 12

2.3 Tính bề mặt truyền nhiệt 12

2.3.1 Lượng nhiệt do hơi đốt cung cấp 12

2.3.2 Hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi 13

2.4 Kích thước buồng đốt 17

2.4.1 Số ống truyền nhiệt 17

2.4.2 Đường kính trong buồng đốt 17

2.5 Kích thước buồng bốc 18

2.6 Đường kính các ống dẫn 19

2.6.1 Đối với dung dịch và nước ngưng 19

2.6.2 Đối với hơi bão hòa 19

2.7 Tổng kết thiết bị chính 20

CHƯƠNG 3 THIẾT BỊ PHỤ - THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET 21

3.1 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ 21

3.2 Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ Baromet 21

3.2.1 Đường kính trong 21

3.2.2 Kích thước tấm ngăn 22

3.2.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ 23

3.2.4 Kích thước ống Baromet 24

CHƯƠNG 4 TÍNH CƠ KHÍ 27

4.1 Chiều dày thiết bị 27

4.1.1 Nồi 1 27

4.1.2 Nồi 2 34

4.1.3 Nồi 3 41

4.2 Vỉ ống 46

4.3 Hệ thống tai đỡ 47

4.3.1 Khối lượng vật liệu 47

4.3.2 Khối lượng nước 49

4.4 Mặt bích 51

4.4.1 Để nối các ống dẫn 51

4.4.2 Để nối các bộ phận của thiết bị 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1 Nhiệt độ và áp suất hơi của mỗi nồi 6

Bảng 2 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao 7

Bảng 3 Bảng tóm tắt tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh 9

Bảng 4 Tổn thất chung trong hệ thống cô đặc 9

Bảng 5: Nhiệt dung riêng của dung dịch muối 10

Bảng 6 Các thông số về năng lượng 11

Bảng 7 Lượng nhiệt do hơi cung cấp 13

Bảng 8 Nhiệt tải riêng q1 phía hơi ngưng 15

Bảng 9 Hệ số cấp nhiệt theo nhiệt độ sôi 16

Bảng 10 Nhiệt tải riêng q2 phía dung dịch sôi 16

Bảng 11 Bề mặt truyền nhiệt 17

Bảng 12 Kích thước buồng bốc 18

Bảng 13 Kích thước các ống dẫn 20

Bảng 14 Bảng tóm tắt thiết bị chính 20

Bảng 15 Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet 24

Bảng 16 Tổng hợp chiều dày buồng đốt, buồng bốc 46

Bảng 17 Thể tích thép 48

Bảng 18 Thể tích vỉ ống 49

Bảng 19 Khối lượng đáy và nắp thiết bị 49

Bảng 20 Khối lượng nước 50

Bảng 21 Chân thép đối với thiết bị thẳng đứng 51

Bảng 22 Mối ghép bích nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn 51

Bảng 23 Mối ghép bích giữa thân với đáy và nắp 52

QUY ƯỚC KÝ HIỆU

Để đơn giản trong việc chú thích tài liệu, quy ước ký hiệu như sau:

- [AI – x] – Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, tập 1 Nhà xuất bản

Khoa học và Kỹ thuật

- [AII – x] – Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, tập 2 Nhà xuất bản

Khoa học và Kỹ thuật

- [B – x] – Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng, T.S

Phan Văn Thơm

Với: x: số trang

Số chỉ công thức, bảng, hay địa chỉ trang web được ghi trong dấu ( )

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU4.1 Yêu cầu

Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch nước muối loại liên tục ba nồi, buồng đốt trong, ống ngang ; nâng nồng độ chất khô hòa tan của dung dịch từ 8% lên 26% với lưu lượng sản phẩm là 1200 kg/h

4.2 Tổng quan về muối ăn

Muối ăn là một khoáng chất, được con người sử dụng như một thứ gia vị, cóthành phần chính là Natri Clorua (NaCl)

Tổng quan và thuộc tính của NaCl (ở 25 °C):

- Danh pháp IUPAC: Natri Clorua

- Công thức phân tử: NaCl

- Phân tử gam: 58,4 g/mol

Muối ăn có vị mặn, vị của muối là một trong những vị cơ bản

Muối ăn rất cần thiết cho sự sống của mọi cơ thể sống Muối ăn tham gia vàoviệc điều chỉnh độ chứa nước của cơ thể (cân bằng lỏng)

Muối được dùng làm chất bảo quản thực phẩm (ướp cá, thịt để tránh bị ươn …).Ngoài ra, muối ăn còn được dùng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là côngnghiệp hóa chất

4.3 Giới thiệu sơ lược về quá trình và thiết bị cô đặc

1.3.1 Giới thiệu chung về quá trình cô đặc

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng cáchtách bớt một phần dung môi qua dạng hơi

Quá trình cô đặc có thể tiến hành bằng phương pháp nhiệt hay phương pháp lạnh.Đối với sản phẩm thực phẩm, cô đặc là quá trình làm đậm đặc dung dịch bằng phươngpháp nhiệt (đun sôi) Do đó, ở đây chỉ đề cập đến phương pháp nhiệt

Khi cô đặc bằng phương pháp nhiệt, dưới tác dụng của nhiệt độ, dung môichuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi áp suất riêng phần của nó bằng ápsuất mặt thoáng chất lỏng (tức là khi dung dịch sôi), sau đó dung môi lỏng sẽ bay hơi

ra khỏi dung dịch Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc được gọi làhơi thứ Hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng cho một thiết bị khác, nếudùng hơi thứ để đun nóng một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc thì gọi là hơi phụ

Truyền nhiệt trong quá trình cô đặc có thể thực hiện trực tiếp hoặc gián tiếp, khitruyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lò cho tiếp xúc với dung dịch, còn truyền nhiệtgián tiếp thường dùng hơi bão hòa để đốt nóng

Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau, khi làm việc ở áp suấtthường thì có thể dùng thiết bị hở, khi làm việc ở áp suất khác (chân không hoặc ápsuất dư) thì dùng thiết bị kín

Quá trình cô đặc có thể tiến hành liên tục hay gián đoạn trong thiết bị một nồihoặc nhiều nồi

Khi cô đặc một nồi, nếu muốn sử dụng hơi thứ để đốt nóng lại thì phải nén hơithứ đến áp suất của hơi đốt (gọi là thiết bị có bơm nhiệt)

Khi cô đặc nhiều nồi thì dung dịch đi từ nồi nọ sang nồi kia, hơi thứ của nồitrước làm hơi đốt cho nồi sau

Quá trình cô đặc thường được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất thựcphẩm như cô đặc muối, đường, sữa, cà chua, ớt …làm tăng chất lượng sản phẩm.Ngoài ra, cô đặc còn có tác dụng bảo quản, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật.

1.3.2 Phân loại

Có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng tổng quát lại cách phân loại theo đặcđiểm cấu tạo sau là dễ dàng và tiêu biểu nhất:

Các thiết bị cô đặc được chia làm 6 loại thuộc 3 nhóm chủ yếu sau đây:

- Nhóm 1: Dung dịch đối lưu tự nhiên

+ Loại 1: Có buồng đốt trong; có thể có ống tuần hoàn trong hay ống tuần hoànngoài

+ Loại 2: Có buồng đốt ngoài

- Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức)

+ Loại 3: Có buồng đốt trong, có ống tuần hoàn ngoài

+ Loại 4: Có buồng đốt ngoài, có ống tuần hoàn ngoài

- Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng

+ Loại 5: Màng dung dịch chảy ngược lên, có thể có buồng đốt trong hay ngoài.+ Loại 6: Màng dung dịch chảy xuôi, có thể có buồng đốt trong hay ngoài

CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ CHÍNH4.4 Cân bằng vật liệu

2.1.1 Lượng nước bốc hơi của cả hệ thống (hơi thứ )

x G c = 00,,0826 1200 = 3900 kg/h

 W = Gđ – Gc = 3900 – 1200 = 2700 kg/h

2.1.2 Lượng hơi thứ phân bố trong từng nồi

Gọi W1, W2, W3 lần lượt là lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 1, nồi 2 và nồi 3 (kg/h)

Giả sử tỷ lệ lượng hơi thứ của từng nồiW1:W2:W3 = 1,1:1,05:1, sau khi tính toánthực tế ta sẽ tìm được W1, W2 và W3 và so sánh với W1, W2, W3 theo giả thuyết banđầu Nếu sai số giữa lượng hơi thứ thực tế và lượng hơi thứ lý thuyết < 5% là được

W2 = 900 kg/h

W3 = 857,14 kg/h

2.1.3 Tính nồng độ của dung dịch trong từng nồi

G1: khối lượng dung dịch ra khỏi nồi 1 trong 1 giờ (kg/h)

x1 : nồng độ của dung dịch khi ra khỏi nồi 1 (% khối lượng)

- Nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 1:

Cân bằng vật chất tổng quát:

G1 = Gđ – W1 = 3900 – 942,86 = 2957,14 kg/h Cân bằng vật chất đối với cấu tử chất khô:

- Nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 3 (x3):

G3 = Gc = 1200 kg/hNồng độ của dung dịch khi ra khỏi nồi 3 chính là nồng độ sản phẩm cuối

x3= xc = 26%

Nồng độ trung bình nồi 1:

% 23 , 9 100 2

55 , 10 8 100 2

x x

17,1555,10100.2

xx

26 17 , 15 100 2

x x



2.2 Cân bằng nhiệt lượng

2.2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi

+ Chọn áp suất hơi đốt Phđ1 = 1,461 atm ứng với nhiệt độ hơi đốt Thđ1 = 110 oC+ Áp suất trong thiết bị ngưng tụ Png = 0,1258atm ứng với nhiệt độ Tng = 50 oC

Dựa vào các dữ kiện trên và [B – 39] – II -7 ta xác định được áp suất của hơi đốt

và nhiệt độ của hơi thứ

Bảng 1 Nhiệt độ và áp suất hơi của mỗi nồi

Nhiệt độ hơi đốt nồi sau bằng nhiệt độ hơi thứ nồi trước trừ đi 1 oC (do tổn thấtnhiệt trên đường ống), còn nhiệt độ hơi thứ của nồi cuối cùng bằng nhiệt độ ở thiết bịngưng tụ cộng thêm 1 oC.

2.2.2 Xác định tổng tổn thất nhiệt độ ΣΔ

2.2.2.1 Tổn thất nhiệt do nồng độ nâng cao (Δ’)

Δ’ được xác định theo công thức gần đúng của Tisencô:Δ’ = Δ0’.f , oC - Với: f

Δo’: tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường ( Δo’ có thể được tra từ [AII – 60] theo

nồng độ cuối và ứng với nhiệt độ hơi thứ)

f: hệ số hiệu chỉnh vì thiết bị cô đặc thường làm việc ở áp suất khác với áp suấtthường

r :ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất làm việc, ( J/kg ) [B-39]

Tm: nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc ( bằng nhiệt độ hơithứ) , K

Dựa vào các dữ kiện trên và sổ tay Quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất tập

2, ta xác định được tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao.

Bảng 2 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao

(’ o tra từ sổ tay Quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất tập 2)

2.2.2.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao, Δ’’

Áp suất hơi thứ dung dịch thay đổi theo chiều sâu của dung dịch: Ở trên bề mặtdung dịch thì bằng áp suất hơi trong buồng bốc, còn ở đáy thì bằng áp suất trên bề mặtcộng với áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch kể từ đáy ống Trong tính toán ta thườngtính theo áp suất trung bình của dung dịch

Ta có công thức tính áp suất trung bình của dung dịch như sau:

ΔP : áp suất thủy tĩnh kể từ mặt dung dịch đến giữa ống , N/m2

h1 : chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặtthoáng của dung dịch, m

h2 : chiều cao của dung dịch chứa trong ống truyền nhiệt, m

ρs : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3

Chiều cao của dung dịch chứa trong ống truyền nhiệt: h2= 0,5 m

Khối lượng riêng được tra dựa vào nồng độ trung bình và ứng với nhiệt độ hơi

thứ từ sổ tay Quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất tập 1 [AII – 45] – (II - 57).

Bảng 3 Bảng tóm tắt tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh

( Nhiệt độ trung bình T tb tra [B – 39] – (II - 7) dựa vào áp suất trung bình P tb )

2.2.2.3 Tổn thất nhiệt độ do sức cản thủy lực trong các ống dẫn, Δ’’’

Thường chấp nhận tổn thất nhiệt trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sangnồi kia, từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là: Δ’’’ = 1 ÷ 1,5 oC [AII – 67]

Chọn Δ1’’’ = Δ2’’’ = 1oC

2.2.2.4 Tổn thất chung trong hệ thống cô đặc, ΣΔ

Bảng 4 Tổn thất chung trong hệ thống cô đặc

2.2.3 Hiệu số nhiệt độ hữu ích Δt hi và nhiệt độ sôi dung dịch

Hiệu số nhiệt độ hữu ích là hiệu số giữa nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trungbình của dung dịch

Thđ: nhiệt độ hơi đốt mỗi nồi

Ts: nhiệt độ sôi của dung dịch trong từng nồi

- Đối với nồi 1:

Vậy tổng số nhiệt độ hữu ích: ∑∆thi = 6,45 + 8,86 + 21,1 = 36,41 oC

2.2.4 Xác định nhiệt dung riêng dung dịch

Giá trị nhiệt dung riêng của dung dịch muối được tra dựa vào nồng độ dung dịch

Bảng 5: Nhiệt dung riêng của dung dịch muối

+ Bỏ qua nhiệt cô đặc (hay nhiệt khử nước)

Chọn nhiệt độ tham chiếu là 0 oC

Phương trình cân bằng năng lượng:

- Nồi 1: D( iđ – Cn1θ1 ) = G1C1Ts1 – GđCđTđ + W1i1 (a)

- Nồi 2: W1( i1 – Cn2θ2 ) = G2C2Ts2 – G1C1Ts1 + W2i2 (b)

- Nồi 3: W2( i2 – Cn3θ3 ) = G3C3Ts3 – G2C2Ts2 + W3i3 (c)

Trong đó:

D : khối lượng hơi đốt cho hệ thống trong 1 giờ, kg/h

W1, W2 : khối lượng hơi thứ nồi 1, nồi 2 trong 1 giờ, kg/h

Gđ, G1, G2, G3 : khối lượng dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2, ra kjỏinồi 3 trong 1 giờ, kg/h

Cđ, C1, C2, C3: nhiệt dung riêng dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2 và

Cn1, Cn2, Cn3: nhiệt dung riêng nước ngưng nồi 1, nồi 2 và nồi 3, J/kg.độ

θ1, θ2, θ3: nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi 2 và nồi 3 (bằng nhiệt độ hơi đốt của nồi

1, 2 và 3; nhiệt độ hơi đốt nồi 3 là nhiệt độ hơi thứ nồi 2, nhiệt độ hơi đốt nồi 2 là nhiệt

Thay các số liệu trong bảng 6 vào 2 phương trình cân bằng năng lượng (a), (b) và(c) ở trên Giải hệ phương trình (a), (b) và (c) ta được:

 Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 1 là: W1 = 912,84 kg/h

 Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 2 là: W2 = 904,86 kg/h

 Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 3 là: W3 = 882,3 kg/h

 Lượng hơi thứ tiêu tốn chung là: D = 972,75 kg/h

2.2.6 Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi

WL: lượng hơi thứ giả thiết hay tính toán có giá trị lớn

Wn: lượng hơi thứ giả thiết hay tính toán có giá trị nhỏ

86 , 942

84 , 912 86 ,

942 

= 3,18% < 5%

86 , 904

900 86 ,

904 

= 0,54% < 5%

3 , 882

14 , 857 3 ,

D : lượng hơi đốt cho mỗi nồi, kg/h

r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt mỗi nồi, J/kg

Bảng 7 Lượng nhiệt do hơi cung cấp

2.3.2 Hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi

K =

hi

tb t

q

qtb : nhiệt tải riêng trung bình, W/m2

Δthi : hiệu số nhiệt độ hữu ích tính theo lý thuyết, 0C

2.3.2.1 Nhiệt tải riêng trung bình

q: nhiệt tải riêng do dẫn nhiệt qua thành ống đốt, W/m2

q1: nhiệt tải riêng phía hơi ngưng tụ, W/m2

q2: nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi, W/m2

tbh: nhiệt độ hơi nước bão hòa dùng làm hơi đốt, oC

Ts: nhiệt độ sôi dung dịch, oC

tw1, tw2: nhiệt độ thành ống đốt phía hơi ngưng tụ, phía dung dịch sôi, oC

Δt1 = tbh – tw1, oC

Δt2 = tw2 – Ts, oCΣr: tổng nhiệt trở của thành ống đốt, m2.độ/W

α1, α2: hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ, phía dung dịch sôi, W/m2.độ

Do chưa có các giá trị hiệu số nhiệt độ ta phải giả sử Δt1 để tính nhiệt tải riêng, sau đó kiểm tra lại bằng cách so sánh q1 và q2 Nếu kết quả so sánh nhỏ hơn 5% thì chấp nhận giả thiết

r1: nhiệt trở trung bình của hơi nước (có lẫn dầu nhờn)

r2: nhiệt trở trung bình lớp cặn bẩn

r2 = 0,387.10-3 m2.độ/Wδ: chiều dày thành ống đốt, m

λ: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống đốt, W/m.độ

Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt bằng thép 304, tra bảng [AII – 313] – (VII.7)

+ 0,387.10-3 = 0,000661 m2.độ/W

2.3.2.3 Hệ số cấp nhiệt α1, α2

a α1 : hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ, W/m2.độ

Trường hợp ngưng hơi bão hòa tinh khiết (không chứa khí không ngưng) trong ống ngang, hệ số cấp nhiệt được tính theo công thức:

W/m2.K

r : ẩn nhiệt hóa hơi, J/kg

ρ : khối lượng riêng nước ngưng, kg/m3

g = 9,81 m/s2

: độ nhớt của nước ngưng, Pa.s

λ : hệ số dẫn nhiệt nước ngưng, W/m.K

d: đường kính ngoài của ống, m

tđ, tT1: nhđộ hơi đốt, nhiệt độ thành ống phía hơi ngưng tụ (bằng tw1), oC

Bảng 8 Nhiệt tải riêng q 1 phía hơi ngưng

Δt 1 tự chọn, sau đó kiểm tra lại với thực tế, nếu tỉ lệ sai số < 5% thì chấp nhận.

r= i, tra theo nhiệt đô hơi đốt từ [AII – 39] – (II - 7)

b α2 : hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi, W/m2.độ

α2 được tính theo công thức:

435 , 0 2

565 , 0 2

dd n

dd n

Hệ số cấp nhiệt của nước khi sôi sủi bọt, đối lưu tự nhiên, áp suất 0,2 ÷ 100 atmđược tính theo công thức:

5 , 0 33 , 2

2 ) ( 3 ,

n  

Δt2 = tw2 – tdds , oCp: áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng (bằng áp suất hơi thứ), atm

Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch λdd được tính theo công thức:

Bảng 9 Hệ số cấp nhiệt theo nhiệt độ sôi

quá trình truyền nhiệt không đảm bảo như trong lý thuyết đã tính toán Do vậy người

ta thường tăng khoảng 10% diện tích bề mặt truyền nhiệt để bù vào lượng mất mát đó

Ftt = F + 10%.F

Bảng 11 Bề mặt truyền nhiệtQ

K.Δthi

348,72 π.d.l

π.

192,96 π.d.l

F

2,9 10 97,384.

π.

118,47 π.d.l

F

2,1 10 97,384.

π.

37,59 π.d.l

F

2.4.2 Đường kính trong buồng đốt

Chọn đường kính trong buồng đốt là 2 m

4.7 Kích thước buồng bốc

Đường kính buồng bốc:

Đường kính trong buồng bốc bằng đường kính trong buồng đốt

Vkgh: thể tích không gian hơi, m3

tt h kgh

.U ρ W

W: lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị, kg/h

Utt: cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi (thể tích hơinước bốc hơi trên 1 đơn vị thể tích của khoảng không gian hơi trong 1 đơn vị thờigian), m3/m3.h

Ở áp suất thường Utt = 1600÷1700 m3/m3.h , áp suất hơi thứ có ảnh hưởng đáng

kể đến Utt Tuy nhiên không có số liệu hiệu chỉnh ở áp suất nhỏ hơn 1 atm nên có thểchọn Utt = 1700 m3/m3.h

h: khối lượng riêng của hơi thứ, kg/m3

Hkgh: chiều cao không gian hơi, m

2 bb

kgh kgh

: tốc độ thích hợp của (hơi) hoặc dung dịch chảy trong ống, m/s

2.6.1 Đối với dung dịch và nước ngưng

VS = Gρ , m3/sG: khối luợng dung dịch, nước ngưng đi trong ống, kg/s

: khối lượng riêng dung dịch, nước ngưng ở nhiệt độ tương ứng, kg/m3

 trong khoảng 0,5÷1 m/s

2.6.2 Đối với hơi bão hòa

VS = G.v”, m3/sG: khối lượng hơi đi trong ống, kg/s

v”: thể tích riêng của hơi ở nhiệt độ tương ứng, m3/kg

CHƯƠNG 3 THIẾT BỊ PHỤ - THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET4.10 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ

 2c 2đ

n

2c n n

ttC

tCiWG





Gn: lượng nước lạnh cần thiềt để ngưng tụ, kg/s

W: lượng hơi ngưng tụ đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s

i: hàm nhiệt của hơi ngưng, J/kg

t2đ, t2c: nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh, oC

Cn: nhiệt dung riêng trung bình của nước, J/kg.độ

40 4180 2380000

245 , 0

= 2,781,25.103 = 0,037 m3/s

3.2.1 Đường kính trong

h h ba

.ω ρ

W 1,383

W: lượng hơi ngưng tụ, W = 0,245 kg/s

h: khối lượng riêng của hơi ngưng tụ ở 53,34 oC: h = 0,083 kg/m3

h: tốc độ của hơi đi trong thiết bị ngưng tụ, m/s Nếu thiết bị ngưng tụ làm việcvới áp suất khoảng 0,1 ÷ 0,2 at chọn h trong khoảng 55 ÷ 35 m/s, nếu từ 0,2 ÷ 0,4chọn 35 ÷ 15 m/s

Ở đây áp suất làm việc của thiết bị ngưng tụ là 0,1258 atm nên ta chọn h = 35m/s

0,083.35

0,245 1,383.

.ω ρ

W 1,383 D

h h

Dựa vào dãy đường kính chuẩn của thiết bị ngưng tụ [AII – 88] – (VI.8) Chọn:

Dba = 0,5 m = 500 mm

3.2.2 Kích thước tấm ngăn

- Tấm ngăn có dạng hình viên phân, để đảm bảo làm việc tốt, chiều rộng tấmngăn b có thể được xác định như sau:

502

- Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ mặt cắt ngang của thiết bị ngưng

tụ, nghĩa là trên 1 cặp tấm ngăn là:

c

nω

G

Với: Gn: lưu lượng nước, m3/s

Ở nhiệt độ trung bình 35 0C, khối lượng riêng của nước là 994 kg/m3

97 , 12 ω

- Các lỗ xếp theo hình lục giác đều, bước của các lỗ được xác định theo côngthức:

f 0,866d

3.2.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ

Mức độ đun nóng được xác định theo công thức:

5 , 0 30 50

30 40 t

t

t t P

2đ bh

2đ 2c

- Khoảng cách trung bình giữa các ngăn: 400 mm

Tra bảng [AII –88] – (VI.8) với đường kính trong Dba = 500 mm ta có nhữngkích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet như sau:

Bảng 15 Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet

Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị a = 1300 mm

Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy P = 1200 mm

Khoảng cách giữa tâm thiết bị ngưng tụ với thiết bị thu hồi K1 = 675 mm

Chiều cao của hệ thống thiết bị H = 4300 mm

Chiều rộng của hệ thống thiết bị T = 1300 mm

Đường kính thiết bị thu hồi D1 = 400 mm

Chiều cao thiết bị hu hồi h = 1440 mm

Đường kính các cửa ra và vào:

Hỗn hợp khí và hơi vào thiết bị thu hồi d5 = 80 mm

Hỗn hợp khí và hơi ra khỏi thiết bị thu hồi d6 = 50 mm

Nối từ thiết bị thu hồi đến ống Baromet d7 = 50 mm

ba



W: lượng hơi ngưng, W = 0,245 kg/s (đã tính ở trên)

Gn: lượng nước lạnh tưới vào tháp, Gn = 12,97 kg/s (đã tính ở trên)

: tốc độ của hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống baromet, m/s;thường lấy   0,5 ÷ 0,6 m/s Ta chọn  = 0,5 m/s

π.0,5

0,245 12,97

0,004 π.ω

W G 0,004